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Regelvorrichtung für die Brennstoffeinspritzmenge einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für die Brennstoffeinspritzmenge
einer Brennkraftmaschine mittels einer volurnetrischen Einspritzpumpe mit einem
aus einem Zylinder und einem Innenteil, beispielsweise einem Kolben oder einer Membran,
bestehenden pneumatischen System, wobei eines der Teile des Systems, z. B. ein Kolben,
verstellbar mit dem Regelorgan für die Abgabemenge der Pumpe verbunden ist und der
andere Teil, z. B. die Kammer des Zylinders, einerseits mit einer in Strömungsrichtung
hinter einer Drosselklappe in der Ansaugleitung angeordneten, auf den Unterdruck
der Luft an dieser Stelle ansprechenden Leitung und andererseits mit einer Hilfsleitung
in Verbindung steht, die sich mit Hilfe eines von einem auf die Temperatur des Kühlmittels
für die Maschine ansprechenden Thermostaten gesteuerten Absperrventils schließen
oder mit der Außenluft in Verbindung setzen läßt.
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Eine derartige Regelvorrichtung soll unabhängig von den möglichen
Betriebsarten und Belastungen der Brennkraftmaschine in jedem Fall ein Luft-Brennstoff-Gemisch
mit konstantem Verhältnis zur Verfügung stellen.
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Hierbei wird bei bekannten derartigen Regelvorrichtungen der in der
Ansaugleitung der Brennstoffmaschine herrschende Unterdruck in Zusammenwirkung mit
einem in Abhängigkeit von einem Fliehkraftregler betätigten Korrekturglied verwendet,
um die Menge des einzuspritzenden Brennstoffes so zu dosieren, daß stets ein konstantes
Verhältnis Luft zu Brennstoff erhalten bleibt.
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Bei einer anderen bekannten Regelvorrichtung für die Brennstoffeinspritzmenge
einer Brennkraftmaschine mittels einer volumetrischen Einspritzpumpe ist ein aus
einem Zylinder und aus einem Innenteil, beispielsweise einem Kolben oder einer Membran,
bestehendes pneumatisches System vorgesehen, wobei eines dieser Teile des Systems
verstellbar und mit dem Regelorgan für die Abgabemenge der Pumpe verbunden ist und
die Kammer des Zylinders einerseits mit einer in Strömungsrichtung hinter einer
Drosselklappe in der Ansaugleitung angeordneten, auf den Unterdruck der Luft an
dieser Stelle ansprechenden Leitung und andererseits mit , einer Hilfsleitung in
Verbindung steht, die sich mit Hilfe eines von einem auf die Temperatur des Kühlmittels
für die Maschine ansprechenden Thermostaten gesteuerten Absperrventils schließen
oder mit der Außenluft in Verbindung setzen läßt. Diese bekannte Regelvorrichtung
gestattet- die Dosierung der einzuspritzenden Brennstoffmenge derart, daß ein konstantes
Verhältnis Brennstoff zu Luft bei allen Drehzahl- und Belastungsbereichen erreicht
wird; als einzige variable Größe wird hierbei der korrigierte Wert des in der Ansaugleitung
in Strömungsrichtung vor der Drosselklappe herrschenden Druckes benutzt. Dieser
korrigierte Druck wirkt sich besonders bei einem Kaltstart aus, indem nämlich die
Kammer in Verbindung mit der Atmosphäre verbleibt und auf diese Weise in der Kammer
ein mittlerer Druck zwischen dem Atmosphärendruck und dem Unterdruck der Ansaugleitung
erzeugt wird. Anschließend wird die Verbindung der Kammer zur Atmosphäre allmählich
geschlossen, wobei die in der Druckkammer sich progressiv dem in der Ansaugleitung
herrschenden Unterdruck angleicht. Auf diese Weise wird eine automatisch und progressiv
arbeitende Vorrichtung geschaffen, bei der man bei einem Kaltstart eine höhere Brennstofförderung
erreicht, als sie sich bei einer Dosierung allein in Abhängigkeit von der auf den
Druck ansprechenden Leitung erreichen läßt, wobei sich die Vorrichtung progressiv
dem in der Leitung herrschenden Druck bei Erwärmung des Motors angleicht.
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Bei einer bekannten Vorrichtung wird eine in Strömungsrichtung vor
der Drosselklappe angeordnete Leitung benutzt, und eine Drosselklappe ist in dem
eingeschnürten Halsteil des Venturirohres der Ansaugleitung angeordnet. Hierbei
mündet jedoch die auf den Unterdruck ansprechende Leitung in die Innenfläche der
Ansaugleitung und spricht daher nicht auf den dynamischen Druck, 'd. h. auf den
Staudruck
der Luft an, der sich in der Ansaugleitung einstellt.
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Wenn man nämlich diesen Staudruckeffekt ausnutzen will, muß man der
Eintrittsfläche der auf den Druck ansprechenden Leitung eine solche Gestalt und
solche Lage geben, daß die Querschnittsfläche senkrecht von .der geometrischen Achse
des Venturirohres geschnitten wird und der Einschnürung des Rohres zugewandt ist.
Wenn bei einer anderen bekanizten Ausführung die Eintrittsfläche des Rohres in Strömungsrichtung
hinter der Drosselklappe liegt, wird sie schon bei Beginn der Öffnung der Drosselklappe
dem Staudruck ausgesetzt, wodurch eine Senkung der Brennstofförderung erfolgt, was
nicht erwünscht ist.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Regelvorrichtung geschaffen
werden, bei der bei geringer Öffnung der Drosselklappe der statische Druck alleiniger
Faktor für die Regelung der Brennstoffförderung ist und bei der dagegen bei großer
Öffnung der Drosselklappe der Staudruck auf die druckempfindliche Leitung derart
einwirkt, daß der die Brennstofförderung regelnde Druck progressiv von dem statischen
Druck auf den Staudruck übergeht, je nach Größe der Öffnung der Drosselklappe. Die
Erfindung ist somit dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Drosselklappe
in der Einschnürung eines Venturirohres angeordnet ist und daß die auf den Unterdruck
der Ansaugluft ansprechende Leitung in ebenfalls bekannter Weise eine von der geometrischen
Achse des Venturirohres senkrecht durchsetzte, der Einschnürung des Venturirohres
zugewandte Eintrittsfläche aufweist.
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Ein den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildendes Merkmal besteht
darin, daß die Leitung in einer Entfernung l von der Achse der Drosselklappe so
angeordnet ist, daß D/2<l<5d, wobei D der Durchmesser des Halses des Venturirohres
und d der Durchmesser der Öffnung der Leitung ist.
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Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Regelvorrichtung ergibt
sich die überraschende Tatsache, daß bei geringer Öffnung der Drosselklappe auf
einer bestimmten Strecke hinter ihr die Strömungsfäden der Luft nicht im Bereich
der Achse der Ansaugleitung, sondern an deren Umfang verlaufen und somit die auf
Druck ansprechende Leitung, wenn sie nicht zu weit von der Drosselklappe entfernt
angeordnet ist, von den Strömungsfäden der Luft nicht beaufschlagt wird, so daß
kein Staudruck an der Eintrittsfläche der Leitung entsteht. Wenn dagegen die Drosselklappe
weit geöffnet .ist, liegt ein Teil der Strömungsfäden der Luft in einer axialen
Zone der Ansaugleitung, so daß die Eintrittsfläche der Leitung mit einem Staudruck
beaufschlagt wird.
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Der technische Fortschritt der Erfindung gegenüber den vergleichbaren,
zum Stand der Technik gehörenden Regelvorrichtungen nach der USA.-Patentschrift
2 427 835 und der deutschen Patentschrift 957 799 besteht darin, daß beim Anlaufen
des Motors in kaltem Zustand ein reichhaltiges Brennstoffgemisch geliefert wird,
dessen Brennstoffgehalt mit der Erwärmung des Motors abnimmt, während in warmem
Zustand ein reichhaltiges Brennstoffgemisch bei den ersten Motorumdrehungen gefördert
wird, das anschließend in ein normales Brennstoffgemisch übergeht; bei normalem
Lauf des Motors wird ein Brennstoffgemisch geliefert, dessen gewichtsmäßiges Luft-Brennstoff-Gemisch
ohne Rücksicht auf die Belastung und Drehzahl des Motors praktisch konstant ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beispielsweise jedoch nicht
beschränkend eine Ausführungsform und zwei Varianten der Erfindung darstellenden
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine
erfindungsgemäße Regelvorrichtung, F i g. 2 und 3 Teilansichten von Einzelheiten
zweier Varianten.
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Nach dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die
Vorrichtung einen pneumatischen Kraftzylinder V mit Zylinder 1 und Kolben 2. Der
Zylinder 1 ist über eine eine Düse 4 enthaltende Leitung 3 an eine Unterdruckentnahme
5 angeschlossen, die in dem sich erweiternden Abschnitt 6 und auf der Längsachse
eines Venturirohres 7 angeordnet ist, dessen Hals (Einschnürung) 8 die den Luftzutritt
in die Ansaugleitung 10 des Motors M steuernde Drosselklappe 9 enthält. Die Unterdruckentnahme
5 hat eine sich gegen die Strömungsrichtung, d. h. zum Hals 8 des Venturirohres
7 hin erweiternde Öffnung.
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Der Kolben 2 des Kraftzylinders V ist über eine bei 12 und 13 angelenkte
Pleuelstange 11 mit einem Hebel 14 verbunden, der um eine feststehende Achse 15
schwenkbar ist. Eine Feder 16 ist einerseits bei 17 auf dem Hebel 14 und andererseits
an einem feststehenden Punkt 18 befestigt. Diese Feder 16 gleicht die von dem pneumatischen
Kraftzylinder V gelieferte Kraft jederzeit aus.
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Der Hebel 14 weist einen Fortsatz 19 auf, der über eine
Stange 20 mit der Vorrichtung verbunden ist, die das durch die verwendete volumetrische
Pumpe eingespritzte Brennstoffvolumen verändert.
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Im dargestellten Beispiel ist diese Stange 20 an einen Hebel
21 einer Pumpe P angelenkt, deren Förderleistungsveränderung man erhält, indem man
den Hub des Kolbens 22 verändert, wobei der Hebel 21 dem Rückhub des Kolbens 22
unter Einwirkung der Feder 23 als Anschlag- dient und durch seine Stellung die Regelung
des - zwischen einem durch einen Steuernocken 25 der Pumpe P betätigten Stößel 24
und dem Kolben 22 vorhandenen Spielraumes j ermöglicht.
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Außerdem ist der pneumatische Kraftzylinder V über eine Leitung 26
an einen Zylinder 27 angeschlossen, in dem ein Schieber 28 verschiebbar ist. Eine
Feder 29 drückt diesen Schieber gegen den dehnbaren Abschnitt eines thermostatischen
Elementes 30. In den Zylinder 27 gebohrte Löcher 31, 32 und 33 lassen, sofern sie
nicht durch den Schieber 28 verschlossen sind, Luft in den pneumatischen Kraftzylinder
V und folglich in die Ansaugleitung 10 des Motors eintreten. Ein regelbarer Anschlag
34 ermöglicht das Bestimmen der Grenzstellung 14a der Rückführung des Hebels 14
durch die Feder 16.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat folgende Arbeitsweise:
A. Start und Leerlauf In Ruhestellung ist die den Luftzutritt zum Motor steuernde
Drosselklappe 9 geschlossen. Die Feder 16 hat den Hebel 14 nach rechts in die Stellung
14a zurückgeführt,
wobei sich der Kolben des pneumatischen Kraftzylinders
in der strichpunktiert dargestellten Lage2a befindet. In dieser Stellung ist der
veränderbare Spielraum j sehr gering, da der Hebel 14 den Hebe121 nach links in
eine nicht dargestellte Stellung gezogen hat. Die Einspritzpumpe P befindet sich
also in ihrer Höchstleistungsstellung. Beim Ingangbringen des Motors M durch den
Anlasser sind die ersten Einspritzungen also sehr reichhaltig. Sobald der Motor
aus eigener Kraft läuft, nimmt der Unterdruck zu, wodurch der pneumatische Kraftzylinder
V den Hebel 14 und also auch den Hebel 21 in die in der Zeichnung voll ausgezogen
dargestellten Stellungen zurückführt. Der veränderbare Spielraum j nimmt zu, wobei
die eingespritzte Brennstoffmenge abnimmt.
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Es sind zwei Fälle in Betracht zu ziehen: Erster Fall: Der Motor befindet
sich in kaltem Zustand. Das in dem Kühlwasserkreislauf des Motors angeordnete thermostatische
Element 30 hat sich zusammengezogen, wobei der Schieber 28 die Löcher 31 und 32
freigegeben hat. Bei starker Kälte kann er auch das Loch 33 freigeben. Die durch
diese Löcher eintretende Luft bewirkt einerseits eine Verringerung des in dem pneumatischen
Kraftzylinder V herrschenden Unterdrucks, so daß der pneumatische Kraftzylinder
den Hebel 14 nicht vollständig nach links zurückführt, woraus sich größere eingespritzte
Brennstoffmengen ergeben als die für einen normalen Leerlauf des Motors vorgesehenen
Brennstoffmengen, und andererseits eine Steigerung der von dem Motor M aufgenommenen
Luftmenge, so daß die Drehzahl des Leerlaufs erhöht wird. Man erhält also einen
beschleunigten, brennstoffreichen Leerlauf.
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Zweiter Fall: Der Motor befindet sich in warmem Zustand. In diesem
Fall hat sich das thermostatische Element ausgedehnt, wobei die Löcher 31, 32 und
33 verschlossen sind. Der pneumatische Kraftzylinder Y steht nicht mit dem atmosphärischen
Außendruck in Verbindung, so daß der Leerlauf normal ist.
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B. Betrieb bei Belastung Sobald die den Luftzutritt steuernde Drosselklappe
9 geöffnet wird, nimmt der Unterdruck in der Zuflußleitung ab und somit auch die
von dem Kraftzylinder V gelieferte Kraft. Die Feder 16 führt den Hebel 14 nach rechts
zurück, so daß der veränderliche Spielraum j verringert wird. Es entsteht also eine
Vermehrung der eingespritzten Brennstoffmenge. Wenn die Drosselklappe voll geöffnet
ist, liegt der Unterdruck in der Zuflußleitung nahe Null, wobei sich der Kolben
2 des Kraftzylinders V und der Hebel 14 in den strichpunktiert dargestellten Stellungen
2a bzw. 14a befinden und die eingespritzte Brennstoffmenge maximal ist.
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Die Unterdruckentnahme 5 ist so gerichtet, daß sie den dynamischen
Druck der in den Motor eintretenden Luft aufnimmt. Dieser Druck ist nun bei den
niedrigen Drehzahlen des Motors geringer als bei den hohen Drehzahlen. Auf Grund
dieser Anordnung kann man auf den üblichen, von dem Motor angetriebenen Fliehkraftregler
verzichten.
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Eine kinematische Untersuchung sowie angestellte Versuche haben gezeigt,
daß, sofern bei Verwendung einer beliebigen bekannten volumetrischen Pumpe P die
erfindungsgemäße Vorrichtung ein konstantes Verhältnis Luftgewicht zu Brennstoffgewicht
erbringen soll, die nachstehenden Bedingungen erfüllt sein müssen: Der durch die
durch die Schwenkungspunkte 12 und 13 verlaufende Achse W-X der Pleuelstange 11
und den durch die Schwenkungspunkte 13 und 15 verlaufenden Radius X-Y des Hebels
14 bestimmte Winkel a muß zwischen 120 und 150° liegen, wenn der Motor M in warmem
Zustand bei seiner normalen Leerlaufdrehzahl läuft; der durch den durch die Schwenkungspunkte
15 und 17 a verlaufenden Radius Y-Z des Hebels 14 und die durch die Punkte 17a und
18 verlaufende Achse Z-Z' der Feder 16 bestimmte Winkel b muß bei Stillstand des
Motors M zwischen 120 und 180° liegen; der den gesamten Winkelhub des Hebels 14
darstellende Winkel c muß einen Wert von unter 80° haben; die Schwenkungspunkte
13 der Pleuelstange 11 und 17 der Feder 16 auf dem Hebel 14 können auf einem gleichen
Radius und in mehr oder weniger großen Entfernungen von der Drehpunktmitte 15 liegen.
Sie können auch gegeneinander ausgetauscht werden. Die von der Feder 16 auf den
Hebel 14 ausgeübte Kraft muß beim Laufen des Motors die von dem pneumatischen Kraftzylinder
V gelieferte Kraft genau ausgleichen. Beim Laufen des Motors auf vollen Touren ist
die Kraft der Feder gewissermaßen gleich Null. Bei seinem Leerlauf ist ihre Kraft
maximal.
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Zum Erhalten der Brennstoffabgabekorrektur in Auswirkung der Drehzahl
des Motors muß die den dynamischen Druck der Luft aufnehmende Unterdruckentnahme
5 folgenden Bedingungen entsprechen: Wenn C der Hubraum des Motors in Kubikzentimetern
ist, beträgt der Durchmesser D des Halses des üblichen Venturirohres
die Druckentnahme 5 befindet sich in einem solchen Abstand l von der den Luftzutritt
steuernden Drosselklappe entfernt, daß l = 1,15 D, wobei der Durchmesser
d des Eingangs der Druckentnahme so ist, daß
der Durchmesser d1 der Düse 4 ist gleich
die Gesamtfläche der durch den Thermostat 30 gesteuerten Löcher 31, 32, 33 ist höchstens
gleich der Öffnungsfläche der Düse 4.
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Bei der in F i g. 2 dargestellten Variante ist die Stange 20 mit der
Zahnstange 35 verbunden, die, indem sie mit den Zahnsegmenten 36 der Kolben 37 der
Pumpe im Eingriff steht, das Drehen dieser Kolben um ihre eigene Achse ermöglicht,
um die Abgabeleistung der Pumpe zu verändern.
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Bei der Variante nach F i g. 3 wird die Winkelverstellung des Hebels
14 mittels eines Gewindes 38 (oder einer spiralförmig verlaufenden Rampe) in eine
geradlinige Verstellung umgewandelt. In diesem Fall stützt sich das Ende der Schnecke
38 entweder gegen das Ende des Hebels 21 (s. erstes Beispiel) oder stirnseitig gegen
die Zahnstange 35 (s. F i g. 2).